Další součástky s jedním přechodem PN

Prezentace na téma: "Další součástky s jedním přechodem PN"— Transkript prezentace:

1 Další součástky s jedním přechodem PN
(Učebnice strana 74 – 77) Elektroluminiscenční dioda (LED = Light-emitting diode neboli svítivá dioda, ledka) – umožňuje přeměnu elektrické energie na světelnou. Ledky se vyrábějí z různých polovodičových materiálů. Barva světla závisí na použitém polovodiči. Značka ledky

2 Zapojení ledky do elektrického obvodu: v propustném směru
LED diody jsou vyráběny v mnoha různých tvarech a velikostech. Barva plastické čočky pouzdra je obvykle stejná, jako barva vyzařovaného světla, ale nemusí to být pravidlem. Zapojení ledky do elektrického obvodu: v propustném směru 3,0 1,5 Dioda bude svítit více, zvětšíme-li napětí. v závěrném směru Změníme-li polaritu zdroje, dioda nesvítí. Ledka svítí pouze, je-li jako dioda zapojena v propustném směru. Značka ledky

3 Výhody LED diody: dlouhá životnost až 20 let nízké náklady na údržbu nízká spotřeba energie variabilita v rozlišení a barevnosti nastavitelnost jasu podle světelných podmínek dobrá viditelnost i na přímém slunci různé pozorovací úhly a vzdálenosti Využití LED diody: signalizace průchodu proudu (s nízkým nárokem na spotřebu) nebo zdroj světla (např. v optických myších, žárovky, reklamní tabule) Polovodičové lasery – speciální svítivé diody vydávající intenzivní světlo v úzkém svazku. Polovodičový laser je např. v laserovém ukazovátku, zabudován v ovladači dataprojektoru, umožňuje číst informace z optických disků v CD přehrávači, DVD přehrávači a v počítačích. Používají se k vytyčení přímého směru: laserové vodováhy, doplňky obráběcích strojů.

4 Polovodičová součástka s jedním PN přechodem, jejíž odpor závisí na osvětlení, se nazývá fotodioda.
Fotodioda je plošná polovodičová dioda (součástka) konstrukčně upravená tak, aby do oblasti PN přechodu pronikalo světlo. Není-li přechod osvětlen, má voltampérová charakteristika stejný průběh, jako charakteristika běžné diody. Princip fotodiody je založen na vnitřním fotoelektrickém jevu. Světlo (foton), který dopadá na přechod PN (světlo je soustředěno na přechod např. čočkou), narazí do elektronu ve valenční vrstvě atomu a předá mu svoji energii. Elektron energii fotonu absorbuje, čímž získá dostatek energie k opuštění valenčního pásu a přeskočí do pásu vodivostního - elektron opustí vlastní atom a pohybuje se prostorem krystalové mřížky, vznikl tím volný elektron, na jeho místě vznikla díra (defektní elektron). Takto vzniklé volné elektrony jsou volné nosiče náboje, které snižují elektrický odpor polovodiče, resp. zvyšují elektrickou vodivost polovodiče. Tento fotoelektrický jev nastává také i u fotorezistoru (fotoodporu).

5 Značka fotodiody U diody zapojené k vnějšímu zdroji v závěrném směru energie dopadajících fotonů uvolňuje z vyprázdněné oblasti elektrony a díry a ty mohou vést proud. Čím větší je intenzita dopadajícího světla, tím vyšší bude hodnota závěrného proudu. Tento režim práce fotodiody se využívá například pro měření intenzity světla, nebo vyhodnocování přerušování paprsku - tzv fotobuňka.

6 Pokud dioda není připojena k vnějšímu zdroji, dopadající světlo uvolňuje elektrony a díry, které jsou odpuzovány difuzním napětím a mohou téct vnějším obvodem - neboli fotodioda vyrábí elektrickou energii o napětí několik desetin voltu přímým převodem z energie světla. Tento režim práce fotodiody se využívá pro napájení nízkoodběrových přístrojů (kalkulačky, meteorologické stanice) nebo k výrobě elektřiny ve fotovoltaických elektrárnách.

7 Fotovoltaikou rozumíme přímou přeměnu sluneční energie na elektrickou
Fotovoltaikou rozumíme přímou přeměnu sluneční energie na elektrickou. Tuto přeměnu nám zajišťují fotovoltaické články. Jelikož samotný článek nám mnoho nepomůže spojují se tyto články do celků, které pak nazýváme fotovoltaické, nebo solární panely. Fotovoltaický jev byl objeven v roce 1839 francouzským fyzikem Alexanderem Edmondem Becquerelem. V roce 1904 německý fyzik A. Einstein popsal fotoelektrický jev. V roce 1986 byl objeven stejný jev i u selenových krystalů. První fotovoltaický článek na bázi křemíku s účinností kolem 6% vyrobily Bellovy laboratoře již v roce 1954. První praktické využití fotovoltaických článků se objevilo koncem padesátých let, a to při napájení vesmírných satelitů. Významný pokrok ve vývoji těchto nových technologiích nastal v šedesátých a sedmdesátých letech minulého století především díky poptávce ze strany leteckého průmyslu.

8 Fotovoltaický článek pracuje na principu toku elektrického proudu mezi dvěma propojenými deskami z polovodiče, které jsou vystavené slunečnímu záření. Vrstva N se vyznačuje nadbytkem elektronů, druhá vrstva z křemíku je obohacena bórem a má kladný náboj. Mezi těmito dvěma vrstvami  vzniká polovodičový přechod P-N, který se aktivuje dopadem slunečního světla a připojenými elektrodami potom teče elektrický proud. Takto vzniklý proud je stejnosměrný a teče jen jedním směrem, od záporného pólu ke kladnému. Napětí, které tímto způsobem vzniká je asi jen 0,5 V. Takové napětí je pro účely běžného použití velmi malé, proto se jednotlivé články spojují a dostáváme tak celý fotovoltaický panel o již lepších hodnotách proudu a napětí. Přesto se ale pro zvýšení provozních hodnot i jednotlivé panely spojují do celých fotovoltaických ploch, které potom můžeme instalovat na střechy domů, na volné plochy ale i na fasády budov.

9 Fotodioda je polovodičová dioda, která se po osvětlení stává zdrojem stejnosměrného el. napětí. Zvětšíme-li osvětlení, napětí se zvětší. Maximální napětí, které vzniká na fotodiodě je asi 0,5 V. Přímé přeměny energie světla na energii elektrickou se využívá ve slunečních (solárních) článcích. Sluneční článek při plném slunečním osvětlení dává napětí 0,6 V a proud až 2,6 A.

10 Zdroj stejnosměrného napětí.
Spojením slunečních článků vzniká sluneční baterie. K získání většího napětí se články spojují za sebou, ke zvětšení proudu se články spojují vedle sebe. Sluneční baterie slouží jako zdroje stejnosměrného napětí. Patří mezi alternativní zdroje elektrické energie, které přeměňují energii světelnou přímo na energii elektrickou. Zdroj stejnosměrného napětí. NASA - Mars Pathfinder Pohon čerpadla Solární články se využívají v kosmickém průmyslu jako jednoduchý zdroj energie.

11 Vlastností polovodičů využívá současná elektronika, např
Vlastností polovodičů využívá současná elektronika, např. televizory, videa, radiopřijímače, CD a DVD rekordéry, mikrovlnné trouby, počítače, kalkulačky, měřící přístroje, diagnostická zařízení v lékařství, signální zařízení na železnicích, silnicích apod. Kromě polovodičových součástek s jedním PN přechodem existují i součástky s více přechody PN. Součástka s dvěma přechody PN se nazývá tranzistor, používá se např. v zesilovačích. Spojením (integrací) mnoha jednoduchých elektronických součástek, které společně tvoří elektrický obvod vykonávající složitější funkci vznikla moderní elektronická součástka – integrovaný obvod (IO). V křemíkové destičce malého rozměru, tzv. čipu, je vytvořen celý funkční elektronický systém, který obsahuje mnoho tranzistorů, diod, rezistorů a dalších součástek K nejdokonalejším integrovaným obvodům číslicové techniky patří mikroprocesor – integrovaný obvod, jehož logické operace lze programovat.

12 Sluneční energie využívají také sluneční kolektory, které slouží k ohřevu vody sluneční energií..
Elektrická energie zde nevzniká přímou přeměnou sluneční energie na energii elektrickou (jako u slunečních baterií, ale turbogenerátor se pohání vzniklou párou Sluneční termální kolektory jsou specificky navrženy k fungování o vysoké teplotě. Statisíce zrcadel, která řídí počítač, odráží sluneční paprsky na kotle umístěné na věžích ve výšce 140 metrů. Slunce ohřívá vodu v trubkách kotlů, čímž vzniká pára, která pohání turbíny vyrábějící elektřinu.